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第 7 期 李艺晨，等: TPU/Leu 可剥离膜的防腐性能及分子动力学模拟 ·1473·

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发生迁移。分析图 11 得知，TPU/Leu-1 可剥离膜的 TPU/Leu-3 可剥离膜中 Cl 和 H 2 O 的 D 变为 1.7×
2
MSD 曲线斜率最大，说明未改性时可剥离膜内孔洞 10 –14 、1.8×10 –13 m /s。对于同一腐蚀粒子，2 种改
–
不稳定，变化较为剧烈，因此腐蚀粒子在膜内迁移 性可剥离膜中 Cl 和 H 2 O 的 D 均小于未改性体系，
增 多，可 剥离 膜抑制 扩散 运动的 能力 较弱 。 且 TPU/Leu-2 体系中 D 最小。这说明增容改性后
TPU/Leu-2 和 TPU/Leu-3 的 MSD 曲线坡度均相对平 TPU/Leu-2 和 TPU/Leu-3 可剥离膜能够有效阻碍粒
缓，这是由于增容剂的添加增强了防腐蚀填料 Leu 子的迁移扩散，从而达到减缓腐蚀的目的。对于同
与基材 TPU 之间的相互作用，使得可剥离膜更为均 一可剥离膜，H 2 O 的 D 大于 Cl ，说明 H 2 O 的扩散
–
匀致密，有效地阻碍了腐蚀粒子的扩散，提高了膜 能力更强，运动位移更大，同时说明可剥离膜对带
的防腐性能。 电粒子的抑制作用更加显著。

图 11 3 种可剥离膜的 MSD
Fig. 11 MSD curves of anticorrosive strippable films

2.7.3 腐蚀粒子与可剥离膜的相互作用
扩散系数（D）是腐蚀粒子在可剥离膜体系中
扩散行为的重要参数，扩散系数越大表示粒子迁移
能力越强，反之则越弱 [21] 。图 12 为 3 种可剥离膜体
–
系中 Cl 和 H 2 O 在膜中的 MSD 曲线。3 种体系中 Cl –
和 H 2 O 在可剥离膜中的扩散系数列于表 1。从图中
–
可以看出，Cl 和 H 2 O 在 3 种体系中的 MSD 曲线均
呈现随模拟时间的增加而上升的趋势，说明粒子扩
–
散距离均有所增加，但变化程度不同。分析表 1 中 a—Cl 在可剥离膜中的 MSD 曲线；b—H 2O 在可剥离膜中的 MSD
–
数据得知，对于 TPU/Leu-1 可剥离膜，Cl 和 H 2 O 的 曲线
图 12 腐蚀粒子在 3 种可剥离膜中的 MSD 曲线
–14
2
D 分别为 3.3×10 、2.3×10 –13 m /s；TPU/Leu-2 可剥 Fig. 12 MSD curves of corrosion ions in anticorrosive
–15
2
–
离膜中Cl 和H 2O的D 变为6.7×10 、1.3×10 –13 m /s； strippable films

表 1 腐蚀粒子在可剥离膜中的扩散系数
Table 1 Diffusion coefficients of corrosion ions in strippable films
TPU/Leu-1 TPU/Leu-2 TPU/Leu-3

–
–
Cl H 2O Cl H 2O Cl – H 2O
–5
–3
–3
–4
–4
–4
斜率(a) 2.0×10 1.4×10 4.0×10 8.0×10 1.0×10 1.1×10
2
相关系数(R ) 0.6534 0.8887 0.6717 0.9703 0.8344 0.8802
–6
–4
–5
2
–5
–4
–9
–4
扩散系数〔D/(×10 m /s)〕 3.3×10 2.3×10 6.7×10 1.3×10 1.7×10 1.8×10

2.7.4 自由体积分数计算 由体积分数。自由体积分数（FFV）表示体系内部
高分子材料的自由体积形态对扩散分子在聚合 原子靠近的紧密程度，原子的间距越大，扩散分子
[9]
物中的扩散行为产生了重要的影响，为其扩散提供 在体系中的扩散系数越大。查阅文献 可知，体系

了空间 [22] 。高分子材料的体积包括自由体积（V f ） 中 2 种试探分子 H 2 O 和 Cl 的范德华半径分别为
和占有体积（V o ），其中自由体积所占的比例称为自 0.1425、0.1810 nm。